Optimální využití stlačeného vzduchu

Optimální využití stlačeného vzduchu jako zdroj podstatných úspor elektrické energie

Snad každý vedoucí pracovník výrobní společnosti považuje stlačený vzduch za nejdražší energií. Plynný obal země má vzduchu skutečně přehršel. Odpadá potřeba dobývání, protože je zkrátka všude kolem nás. Ovšem je nutné si uvědomit, že pro průmyslové použití musí být stlačen, vysušen, vyčištěn, obvykle také ošetřen olejem a následně dopraven na místo aplikace.



Především první část procesu znamená nasazení zařízení spotřebovávající elektrickou energii. Tento fakt je často opomíjen. Hodně lidí je přesvědčeno o pravém opaku a se vzduchem vyloženě plýtvají. Proto manažeři některých firem intenzivně pracují na zvýšení povědomí o ceně této zdánlivě malicherné položky. Jeden známý potravinářský výrobce provozující čtyři výrobní závody v ČR to například řeší ve formě kvízu v interním magazínu. S jeho pomocí má každý zaměstnanec šanci zjistit, že takový únik o velikosti špendlíkové dírky přijde ročně na cca 10 tis. Kč. V zahraničí dokonce uvažují s vyššími odhady. Například ve Francii je za běžnou částku považováno 900 EUR. Studie společnosti Carbon Trust je ve vyjádření ztráty vůbec nejpřesnější. Otvor o průměru 3 mm vyfouká 2.200 GBP za 12 měsíců. V každém případě syčení v blízkosti vzduchových rozvodů signalizuje poměrně značnou ztrátu finančních prostředků. Pokles tlaku v systému vyvolá potřebu spuštění kompresoru. Čím více poklesů, tím častější běh kompresoru a tím i spotřeba elektřiny. Přitom elektrická energie spotřebovaná kompresory se může na celkových nákladech výroby podílet až 20-ti procenty.

Zjištění a zamezení úniků

Klasickým krokem je provedení auditu, pomocí něhož jsou identifikovány uniky ze systému. Audity provádí podniky svépomocí nebo za využití specializovaných firem. Po auditu obvykle následuje oprava netěsností i výměna poškozených částí. Tento postup dokáže vytvořit významné úspory.

Existuje nepochybně podstatná část procesu, kde je únik samozřejmostí. Především v místě spotřeby, kdy vzduch předá svojí energii mechanické části jako například pneumatickému motoru nebo válci. Takový vzduch je pak řízeně odveden, přesněji řečeno odfouknut do prostoru, obvykle přes nějaký filtr. Je pak na výrobcích, aby optimalizovali konstrukci svých produktů na co nejlepší výkon s co nejmenší spotřebou. Většina výrobců pneumatických prvků s inovacemi intenzivně pracuje. Oslovují své zákazníky s nabídkou nových provedení. A i když si zdá, že se udělalo téměř vše, také v této oblasti jsou k nalezení zdroje skrytých peněz. Je jím například problematika provozního ofukování, které prakticky znamená otvor do pneumatického systému s dramatickým objemem úniku.

V ofukování se vyskytují dva nejběžnější typy. Jedním jsou mechanicky ovládané ofukovací pistole, které se mohou používat jak pro nárazové tak stálé použití ve výrobním procesu. Druhým jsou ofukovací trysky nainstalované jako součást technologie na stroji. U obou typů se kombinace pracovního tlaku a otvoru promítá do hodnoty průtoku, ekonomicky řečeno do přímé spotřeby vzduchu. Podívejme se nyní na ukázku, jak lze snížit výdaje na technologické ofukování při zachování požadované razance. Následující hodnoty průtoků i provozních veličin vychází z uskutečněných případů a souvisejících měření.

Ofukovací trysky

Nejčastěji používaným typem ofukovací trysky bývá provedení nazvané slangově „kachní noha“ – ploché provedení pro širší záběr proudu vzduchu. Bude-li taková tryska napojena přímo do rozvodu vzduchu bez možnosti regulace, pak při pracovním tlaku 7,6 bar dosáhne průtok hodnoty 455 N l/min. Odhadovaná doba provozu 2400 hodin za rok v kombinaci s cenou 0,3 Kč za 1m³ stlačeného vzduchu vytvoří náklad v hodnotě 19.656 Kč. Možností je použití trysek využívající tzv. Venturiho efekt. Taková tryska má kromě hlavního středového otvoru také otvory ze stran, které přisávají vzduch z atmosféry. Tím dojde k získání podstatně vyššího výstupního průtoku při nižší spotřebě vzduchu z rozvodu. Provedení s otvorem o průměru 2 mm bude pracovat s vstupním průtokem 260 N l/min jenž se díky konstrukci trysky zvýší na výstupní hodnotu 560 N l/min, což je v konečném výsledku 2x větší oproti vstupnímu průtoku. Spotřeba průtoku z rozvodu se sníží o 195 N l/min. Při stejné době provozu a ceně za 1m³ ovšem výdaj na stlačený vzduch klesne na 11.232 Kč. Uživatel tak získá přímou finanční úsporu s větší razancí ofukování.

Provozuje-li uživatel více ofukovacích trysek, nabízí se jako další příležitost využít přebytek výstupního průtoku a snížit počet namontovaných kusů. Úspora tak získá nový rozměr. Ovšem lze jít ještě dál. Klíčovým faktorem je dvojnásobné zvýšení průtoku. Je-li pro správnou funkci výrobní technologie dostatečná původní tedy nižší hodnota, může se přikročit k regulaci tlaku. Pokud se sníží původní tlak na 4 bary, pak spotřeba vzduchu na vstupu do trysky klesne na 180 N l/min. Nižší vstupní průtok samozřejmě sníží také hodnotu výstupního průtoku. Jeho hodnota 430 N l/min je téměř srovnatelná s průtokem původních trysek. V takovém případě se dají náklady na stlačený vzduch snížit na hodnotu 7.776 Kč, což reprezentuje 60% úsporu nákladů.

Udělejme si malou rekapitulaci. Model pro ni bude 6 trysek s pracovním tlakem 7,6 bar při využití 2400 hodin za rok, cena za 1m³ stlačeného vzduchu= 0,3 Kč.

  • Běžné trysky spotřebují 2.730 l/min, celkově zkonzumují 163,8 m³ v hodnotě 117.936 Kč.
  • Použití úsporných trysek sníží spotřebu na 1.560 l/min. Spotřeba klesne na 93,6 m³ za 67.392 Kč. Uspořených 50.544 Kč je rovných 43%.
  • Přebytek výstupního průtoku umožní namontovat o 2 trysky méně. 4 ks úsporných trysek si vyžádá 62,4 m³ za 44.928 Kč. Efekt šetření vzroste na 62% vůči původní instalaci.
  • Méně trysek stále dává větší průtok než původní řešení, proto lze uvažovat o snížení tlaku na 4 bary. V tomto případě vzniknou náklady na zařazení regulační jednotky nebo škrtícího ventilu. Ovšem spotřeba vzduchu dosáhne úrovně 720 l/min což znamená 43,2 m³, vyjádřeno v korunách se jedná o částku 31.104 Kč. Úspora překročí hranici 73%. Investice do regulace se tak vrátí velmi rychle.

Uváděné hodnoty jsou zcela jistě velmi atraktivní. Nelze však opomenout, že každý případ může být specifický. Pro dosažení optimálního výsledku je nejlepší do projektového řešení zapojit odbornou firmu disponující znalostí problematiky a odpovídající výbavou. Dalším důležitým bodem je možnost zkušební instalace trysky. V rámci tohoto vyzkoušení je potřeba udělat měření průtoku. Nejprve na původní trysce a následně na trysce s využívající Venturiho efekt. Naměřené hodnoty podají realistický přehled o očekávaném výsledku projektu.

Ofukovací pistole

Nelze samozřejmě opomenou ani první zmíněnou variantu ofukování a to pomocí ofukovacích pistolí. Ty se vyskytují napříč většinou firem v daleko větším měřítku než technologické ofukování. Jsou tak nejvýznamnějším zdrojem plýtvání stlačeným vzduchem. Při jejím použití dochází až k 30x větší ztrátě než v případě obvykle slyšitelných úniků. Konstrukce obyčejných pistolí bohužel způsobuje poměrně velký pokles tlaku protékajícího vzduchu. Tomu odpovídá účinnost i efektivita takové pistole. Běžný uživatel prostě zvýší vstupní tlak, aby „silněji“ ofukoval. Tím bohužel zaplatí za její provoz o mnoho více.

Zde existuje možnost využít pistole s optimalizovanou vnitřní konstrukcí. Ztráta tlaku je obvykle do 1%. Při kombinaci se správnou tryskou vzroste jejich náporový tlak, tj. síla ofuku, o cca 25% více než běžného provedení. Cena takových typů je samozřejmě vyšší, než těch tzv. „obyčejných“. Počáteční investice se ovšem vrátí v redukci spotřeby. Odhadovaná úspora se pohybuje na úrovni 75%, přičemž i velmi opatrné odhady mluví o hodnotě 20%. Z toho vyplývá, že relativně malá změna, výměna pistole za pistoli, dokáže zásadně ovlivnit spotřebu stlačeného vzduchu.

Závěr

Jak je vidět existují dvě poměrně jednoduchá řešení s realistickým potenciálem na výrazné úspory v rozvodech stlačeného vzduchu. Je potřeba si také uvědomit, že jen tato řešení nejsou samospasitelná. Problematice je nezbytné se dlouhodobě věnovat a nebát se investic. Peníze vložené do inovací nebo posílení vybavenosti například ve formě ultrazvukových detektorů úniků se hravě vrátí v uspořených částkách za elektrickou energii.

Shrnutí kroků pro zvýšení efektivity vzduchových rozvodů:

  • Pravidelné audity pro identifikaci úniků
  • Odstraňování zjištěných úniků co nejdříve po jejich zjištění
  • Motivační program pro zaměstnance zaměřený na identifikaci úniků
  • Pravidelná školení zaměřená na správnou práci se vzduchovými rozvody a prevenci doprovázenou dodatečnou osvětou napříč celou organizací – kvízy, nástěnky, interně publikované informace
  • Používání inovativních řešení – spotřebičů vzduchu – válce, ofukovací trysky, ofukovací pistole apod.
  • Vybavení údržby odpovídajícími prostředky umožňující provádění zjišťování úniků, měření průtoku, instalace a nezbytné opravy
  • Spolupráce s odbornou firmou se servisním zázemím pro vzduchové rozvody

Použité zdroje:
Carbon Trust, CTV017 Technology Overview Compressed air, UK 2007
Pavel Vrba, Brammer Czech a.s., Projekt úspory stlačeného vzduchu na lince GRB, CZ 2013
Brammer Quick tips, Vzduchové pistole SMC, UK 2012

Zanechte komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

*